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沉积物再悬浮下磷在不同粒径颗粒物间的分配过程与控制机制

张思亮  
【摘要】:本研究通过沉积物传统磷形态提取和吸附分配的方法结合颗粒物的粒径分离,探索悬浮扰动情况下外源磷输入在不同粒径颗粒物上的分配过程和驱动机制。通过藻类培养实验进一步验证不同粒径颗粒物的生态风险,为进一步细化沉积物磷内源风险的评价和湖泊富营养化的治理提供重要的研究思路和科学依据。调查了扰动悬浮强烈的镇江-无锡段京杭运河水质和沉积物,并以京杭运河沉积物为研究对象,分离出五组粒径颗粒物(50-150μm,30-50μm,10-30μm,5-10μm和5μm),对不同粒径颗粒物的理化性质,磷吸附-解吸能力和藻类对其的生长响应做了相关研究;同时设计三组扰动悬浮实验装置(Column 1:扰动悬浮,Column 2:扰动悬浮加磷,Column 3:扰动悬浮加磷加碳源)进行为期90 d的实验,对装置内上覆水,孔隙水铁、磷和沉积物不同粒径组颗粒进行磷形态进行监测和分级提取,研究磷在不同粒径颗粒物上的分配过程。结果如下:(1)运河上覆水呈弱碱性,DO含量较高,氮磷污染较为严重,整体水质处于IV水标准。悬浮物中值粒径处于10μm左右,沉积物TP污染从上游的343.4mg/kg上升到下游的2703.1 mg/kg,污染物主要富集在沉积物上。(2)粗颗粒组(10-150μm)矿物组成主要是二氧化硅,细颗粒(10μm)含有比粗颗粒更多的矿物和有机质组分。并且铁、铝和有机质组分随着分离颗粒物粒径的减小呈上升的趋势。五组粒径颗粒物的磷分级提取结果也同样表明,细颗粒上富集更多的活性态磷,各个粒径颗粒物在厌氧状态下都具有释放磷的风险。(3)在90 d扰动分配实验中,五组粒径颗粒物(50-150μm,30-50μm,10-30μm,5-10μm和5μm)上的生物有效磷(BAP)比例,好氧状态下分别为14.7%,17.0%,16.6%,22.9%和28.8%;厌氧状态下分配比例分别为9.6%,19.5%,19.5%,25.4%和26.0%;铁磷和铝磷是颗粒物上主要富集形态,并且在持续悬浮沉降过程中,铁磷有向铝磷转化的趋势。但受有机质调控的氧化还原条件,在微生物作用下又重新活化了沉积物上铁、铝矿物,增加了对磷的赋存能力,同时也增加了悬浮磷的爆发释放风险;磷在颗粒物上的分配过程主要受各个粒径颗粒物上铁、铝矿物和有机质的调控,受钙化合物的影响不明显。(4)细颗粒(10μm)具有更强的吸附速率和吸附容量,在中性水体中对磷有更强的富集能力,具有较低的释放风险;5μm颗粒物在pH=10时磷的释放量达到404.3 mg/kg是30-50μm颗粒物的释放量的10倍,表明细颗粒磷释放对环境pH的升高极其敏感;通过藻类培养实验发现,细颗粒对藻类的供给能力要远强于粗颗粒,5μm颗粒物做磷源导致藻类的生长是30-50μm颗粒物做磷源的5.6倍。主要是藻类生长导致环境中pH升高,使富集在细颗粒上大量的铝磷释放出来,导致藻类爆发生长,致使水体富营养化。图37表11参92


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